Die ALPHA-Zusammenarbeit hat das genaueste Experiment durchgeführt, das jemals durchgeführt wurde, um das Verhalten von neutraler Antimaterie in einem Gravitationsfeld zu messen. Abhängig von den Ergebnissen könnte dies die Tür zu unglaublichen neuen Technologien öffnen. Viele Science-Fiction-Technologien werden für lange Zeit (oder für immer) im Bereich der Fiktion bleiben, sofern sich die Physik nicht ändert. Aber viele Experimente können das auch überprüfen?
Der Traum von sofortiger Kommunikation, interstellaren Raumschiffen und der Fähigkeit, in der Zeit zu reisen, sind abgedroschene Klischees der Science-Fiction. In vielerlei Hinsicht repräsentieren sie die größten Hoffnungen der Menschheit und stützen sich dennoch auf Technologien, die über das derzeit Bekannte hinausgehen. Es werden jedoch ständig neue Experimente durchgeführt und weiterentwickelt. Was können wir mit etwas Glück jenseits des Horizonts finden? Ethan Siegel von Medium.com beantwortet die folgende Frage:
"Angenommen, wir haben Glück, welche Art von wissenschaftlichen Experimenten in den nächsten Jahrzehnten könnte uns Science-Fiction-Möglichkeiten eröffnen?"
Es gibt einige fantastische Möglichkeiten, die unsere Realität bis zum Ende des 21. Jahrhunderts aufrütteln könnten.
Alle jemals gebauten Raketen benötigen Treibstoff. Aber wenn wir einen Motor für dunkle Materie schaffen würden, könnte buchstäblich auf jedem Schritt des Weges durch die Galaxie neuer Treibstoff gefunden werden.
Dunkle Materie kann eine unbegrenzte Treibstoffquelle sein, die wir nicht herumtragen müssen
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Eines der größten Geheimnisse der Wissenschaft ist in der Tat die Natur der Dunklen Materie. Wir wissen, dass es durch indirekte Beobachtung existiert, und wir wissen, dass es viel davon gibt. Wenn Sie die gewöhnliche Materie in einer großen Galaxie addieren, stellt sich heraus, dass es fünfmal mehr dunkle Materie gibt. Und es besteht mit ziemlicher Sicherheit aus Partikeln mit einigen gemeinsamen Eigenschaften:
- Sie haben Masse
- Sie haben keine elektrische oder farbige Ladung
- Sie interagieren gravitativ
- Sie müssen ab einem bestimmten Grad miteinander und / oder mit gewöhnlicher Materie kollidieren
Aus Einsteins berühmter Formel E = mc2 haben wir gelernt, dass dunkle Materie eine große Menge an Energie enthält: fünfmal mehr als alle gewöhnliche Materie zusammen. Wenn das Universum gut zu uns ist, könnten wir versuchen, es zu extrahieren.
Die Massenverteilung von Abell 370, die unter Verwendung von Gravitationslinsen rekonstruiert wurde, zeigt zwei große, diffuse Massenhalos, die der dunklen Materie der beiden verschmelzenden Cluster entsprechen. In der Nähe und in jeder Ansammlung gewöhnlicher Materie befindet sich fünfmal mehr dunkle Materie.
Viele Experimente suchen nach Kollisionen dunkler Materie sowohl mit gewöhnlicher Materie als auch mit sich selbst. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Partikeln: Fermionen (mit halbzahligem Spin) und Bosonen (mit ganzzahligem Spin). Wenn dunkle Materie ein Boson ist, bedeutet dies, dass es höchstwahrscheinlich ein eigenes Antiteilchen ist. Wenn Sie also zwei Teilchen dunkler Materie nehmen und sie zur Interaktion zwingen, vernichten sie sich gegenseitig. Und wenn sie zerstört werden, produzieren sie reine Energie. Mit anderen Worten, es ist eine freie, unbegrenzte Energiequelle, die überall und im Überfluss verfügbar ist. Und Sie müssen es nicht einmal mitnehmen, wenn Sie sich entscheiden, das Universum zu durchqueren. Wenn Sie von Experimenten zur Suche nach dunkler Materie hören, ist unbegrenzte freie Energie unser ultimatives, gewünschtes Ziel.
Eine Illustration eines Star Trek-Warp-Feldes, das den Raum davor verkleinert und den Raum dahinter verlängert
Antimaterie kann eine negative Masse haben, was bedeutet, dass sie der Schlüssel zu einem Warpantrieb sein kann
Wenn Sie zu den Sternen reisen möchten, werden Sie mit herkömmlichen Energie- und Kraftstoffquellen nur bis zur Mittagszeit vom Zaun geholt. Oder sie bewegen sich nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit. Der nächste solare Stern mit potenziell bewohnbaren Welten, Tau Ceti, ist etwa 12 Lichtjahre entfernt. Das heißt, die Rundreise allein wird mindestens die Hälfte Ihres Lebens in Anspruch nehmen. Aber wenn wir den Raum vor uns verkleinern könnten, während wir durch den interstellaren Raum reisen und ihn hinter uns erweitern, könnten wir viel schneller dorthin gelangen. Dies war die Idee, die der Astrophysiker Miguel Alcubierra 1994 hatte und die er später nach den Regeln der strengen Wissenschaft formalisierte.
Erst jetzt wird zur Lösung von Alcubierra eine negative Masse benötigt
Um die korrekte Konfiguration der Raumzeit zu erreichen, die zur Beschleunigung des Warpantriebs erforderlich ist, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein: eine kolossale Energiemenge und das Vorhandensein einer negativen Masse. Diese negative Masse, die nur auf dem Papier noch bekannt ist, wird für die korrekte Krümmung der Raumzeit und damit für die Kettbewegung benötigt. Aber wir haben nie die Masse der Antimaterieteilchen gemessen; sie fallen im Gravitationsfeld "runter" oder "rauf", das ist noch unbekannt. Das ALPHA-Experiment des CERN misst derzeit die Gravitationseffekte von Antimaterie und ihr Verhalten in einem Gravitationsfeld. Wenn die Antwort darin besteht, im Gravitationsfeld "hochzufallen", erhalten wir einfach unsere negative Masse und bauen den Warpantrieb zusammen.
Mit dem Virtual IronBird-Tool können Sie künstliche Schwerkraft erzeugen, benötigen jedoch viel Energie und können nur eine bestimmte Zentripetalkraft bereitstellen. Wahre künstliche Schwerkraft würde negative Masse erfordern
Eine negative Masse würde es uns auch ermöglichen, künstliche Schwerkraft zu erzeugen
Die gleiche Möglichkeit - die Existenz einer negativen Masse im Universum - würde es uns ermöglichen, ein künstliches Gravitationsfeld zu erzeugen. Das Vorhandensein positiver und negativer Ladungen im Elektromagnetismus ermöglicht es uns, Leiter zu erzeugen, elektrische Felder zu manipulieren und diese elektrischen Felder abzuschirmen. Die Schwerkraft, wie wir sie jetzt verstehen, hat nur eine Art von Ladung: positive Masse. Die Existenz einer negativen Masse würde es uns ermöglichen, eine echte Umgebung ohne Schwerelosigkeit zu schaffen, und würde uns die Möglichkeit geben, ein künstliches Gravitationsfeld beliebiger Größe zwischen zwei Systemen positiver und negativer Masse zu erzeugen.
Die Idee der Zeitreise taucht in der Science-Fiction ständig auf. Wenn es jedoch geschlossene zeitliche Kurven im Universum gibt, ist dies nicht nur möglich, sondern unvermeidlich.
Ein rotierendes Universum könnte es uns ermöglichen, in die Vergangenheit zu reisen
Gleichzeitig ist Zeitreisen nicht nur möglich, sondern auch unvermeidlich … in Vorwärtsrichtung. Da Raum und Zeit durch das Gefüge der Raumzeit vereint sind, wird die uns bekannte Physik erheblich verändert, damit die Zeit in die entgegengesetzte Richtung fließt. Im Weltraum ist die Rückkehr zu ihrer ursprünglichen Position recht einfach: Die Erde selbst tut dies, wenn sie sich um die Sonne dreht, aber gleichzeitig eine bedeutende Strecke in der Zeit zurücklegt, dh die Zeit vergeht etwa ein Jahr. Eine "geschlossene raumartige Kurve" ist einfach zu erstellen. Um jedoch zum Ausgangspunkt zurückzukehren, ist etwas Ungewöhnliches erforderlich: Eine "geschlossene zeitliche Kurve" ist ein Merkmal, das in unserem expandierenden, mit Materie gefüllten Universum nicht existiert. Es sei denn, das Universum dreht sich.
In dem Universum, das sich dreht, gibt es eine exakte Lösung, bei der die Dichte der Materie und die kosmologische Konstante (auch bekannt als dunkle Energie) bestimmte Werte haben und das Universum geschlossene zeitähnliche Kurven haben muss. Bisher haben wir der allgemeinen globalen Rotation des Universums nur Beschränkungen auferlegt, diese jedoch nicht vollständig ausgeschlossen. Wenn sich das Universum mit einer bestimmten Geschwindigkeit dreht, die durch eine bestimmte Materiedichte und eine kosmologische Konstante ausgeglichen wird, ist es absolut möglich, in die Zeit zurückzukehren und genau an den Ort zurückzukehren, an dem Sie begonnen haben, nicht nur im Raum, sondern auch in der Raumzeit. Groß angelegte Untersuchungen von Deep-Sky-Strukturen, die Beobachtungen von WFIRST- oder LSST-Observatorien liefern können, könnten eine solche Rotation aufdecken, falls vorhanden.
Konzeptbild des WFIRST-Satelliten der NASA, der 2024 in den Weltraum fliegen und uns die genauesten Messungen der Dunklen Energie liefern und auch andere Entdeckungen machen wird
Es gibt immer exotischere Möglichkeiten, als es die Wissenschaft erlaubt - Teleportation physischer Objekte, sofortige Bewegung zwischen offenen Orten (Wurmlöchern) oder Kommunikation schneller als mit Lichtgeschwindigkeit -, aber dies erfordert viel komplexere Tänze mit Tamburinen als ein einfaches Experiment mit zwei möglichen Ergebnissen. Wir suchen jedoch weiter. Wissenschaft ist keine Einbahnstraße. Es ist eine fortlaufende Detektivgeschichte, in der jede Entdeckung, jeder Datenpunkt und jedes Experiment unweigerlich zu tieferen Fragen in der Zukunft führt. Es ist wichtig, auf dem Weg offen zu sein.
Ilya Khel
